刍议5G技术对工业互联网应用的影响

摘  要：随着时代的发展和社会的进步，移动通信技术特别是5G技术得到了人们的广泛关注，5G技术的各种独特优势通过合理的应用逐步推进了工业互联网的高效发展。基于目前5G技术的发展状况和工业互联网的应用情况，可以分析得出5G技术中的网络的高速率、大带宽、低延时和网络切片技术以及边缘计算技术都能够对工业互联网的应用产生较大的影响。

关键词：5G技术;工业互联网;应用影响

中图分类号：TN929.5;TP393.09      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）07-0061-03

The Influence of 5G Technology on the Application of Industrial Internet

WU Chengfang

（Yankuang Group Information Center，Zoucheng  273500，China）

Abstract：With the development of the times and the progress of the society，mobile communication technology，especially 5G technology，has been widely concerned by people. Various unique advantages of 5G technology gradually promote the efficient development of industrial internet through reasonable application. Based on the current development of 5G technology and the application of industrial internet，it can be concluded that the high-speed rate，large bandwidth，low delay，network slicing technology and edge computing technology of 5G technology can have a greater impact on the application of industrial internet.

Keywords：5G technology;industrial internet;application impact

0  引  言

工业互联网是利用互联网技术更好地进行工业产业活动的一种新型网络，其相对于产业界有着全新的理念和方式。由于早期移动通信技术的局限性，以前的互联网技术应用于工业过程中存在一定阻碍，而5G技术的适时出现很好地解决了这个问题，5G技术能够推动工业互联网的发展并逐步提高工业互联网的能力。为了更加深入地了解5G技术应用在工业互联网中的优势，主要从技术应用入手，對5G技术在工业互联网中的应用进行研究。

1  工业互联网现状

互联网技术随着5G技术的深入发展和应用也得到了很大程度的提升，但工业互联网在发展初期与现在的情况有很大的区别，在以前，工业互联网通过多种设备组成的反馈系统完成系统之间的联系和互通，系统的设备体系能够提升工业管理工作的效率并保证生产的质量与安全，数字神经系统在工业互联网中有着重要的作用就是因为其是良好系统的结合体。目前工业互联网技术的发展和应用情况随着现代信息技术的快速发展也在不断地进行提升，同时，工业互联网也随着时代的发展对智能化水平进行了提升。智能化的工业互联网技术通过一些目前比较盛行的技术对其发展情况和模式进行优化和调整，改变了工业互联网的形态，有利于工业互联网的发展与创新。工业互联网应用的理论在工业互联网未来的发展道路上有着重要的引导作用，因此需要根据目前工业互联网的具体应用情况对其进行调整和创新。

2  5G关键技术与工业互联网主要技术优势

2.1  5G的关键技术

5G技术的发展已经取得了一定成果并成功应用到一些专业层面，其在未来有着很好的发展前景并且其所影响的范围会越来越广泛。在5G技术的研究和发展过程中会利用到很多重要的技术。

非正交多址接入技术能够完成多用户多址交流的工作因此有着独特的使用价值，同时，通过这项技术还可以进行通信数据复用工作以便通信工作的顺利进行。非正交多址接入技术的利用有利于信息传送工作的发展并逐步提升信息传递的效率，因而合理利用这项技术对工业互联网质量的提升有着重要的影响。

毫米波通信技术也是5G技术发展中处于独特位置的一项先进技术，这项技术与光通信有着很多的相似之处并且具有比较成熟的技能属性。在利用过程中会充分发挥其自身独特的优势以此来保证通信需求的满足，较高的分辨率和较强的抗干扰能力在其工作时起到了比较主要的作用。这项技术的高效利用能够促使互联网工作达到一个良好的效果并满足新时代发展的最新需求，让人们能够通过工业互联网感受到现代信息技术发展的速度以及为人们带来的诸多便利。

网络功能虚拟化（NFV）技术同样是5G技术发展中起着关键性作用的一项技术，这项技术将传统设备与安全防护技术相结合以此来提升网络功能的应用性能。网络功能虚拟化技术实现了软硬件的分离并且将网络资源进行标准化，网络资源以合理的形式进行共享有利于良好网络环境的建立以及网络效率的提升。将多种关键技术合理地运用到5G技术的开发和应用工作中能够很大程度上提升网络性能和发展水平。

2.2  工业互联网主要技术优势

工业互联网实质就是人、数据和生产机器的互联互通。通过网络的无缝连接帮助企业运用云计算、大数据等技术来对业务问题进行分析，找到问题关键环节，从而使企业能够对相关问题进行改进，提升工作效率，降低成本，最终提升企业生产力和核心竞争力。自从提出了工业互联网这一概念之后，工业互联网就在飞速发展中，并且工业互联网的进步也能帮助许多领域的应用提升层次。在软件定义机器的应用中引入工业互联网的技术所收获的效果较为显著，此应用是在具有高性能的标准硬件设备上应用的技术方式，而机器中设定的下载软件负责另外与之相关的应用功能，其比较突出的功能就是可以将APP和计算机分析出来的结果导入到机器以及云端中，高效地提升机器设备的智能化。设备在与互联网联系在一起之后使各个应用的运行速度更快、运行结果更高效，同时也增加了很多的应用功能。在各个计算机运行的过程中，工业互联网技术的超级移动计算机终端有着十分重要的作用，这些设备的储存器具有较大的储存功能，其本身也有着强大的计算能力，对于后台的操作系统和管理系统也有着很强的作用，但成本也是巨大的。在5G技术的支撑之下，不仅能够大大地提升客户在使用过程中的便捷程度，帮助客户在有限的时间之内掌握更多有效的动态信息，还能够方便客户对工作的高效管理。

3  5G技术对工业互联网应用的影响

在5G技术诞生之后，可以明显地发现其应用在工业互联网中有着很好的技术优势，这种优势在多方面体现出来，但无一例外地都對工业互联网的发展起到了良好的促进作用。“5G+工业互联网”的融合创新既是产业发展的必然趋势，也是推动新旧动能转换的重要动力。5G超高带宽、超低时延、海量连接的特性，与工业互联网的要求和目标高度契合，为工业互联网新型基础设施建设和融合创新应用提供了关键支撑和重要机遇。笔者所在的单位是一家国有特大型能源企业集团，涉及的行业众多，近年来，随着5G技术的不断成熟，结合集团的实际应用，研发了具有鲜明企业特色的5G专网，针对不同场景的部署应用，对企业现有的工业网络和生产工艺、效能都带来了巨大影响。

3.1  5G网络的高速率、大带宽和低延时对工业互联网的影响

就工业互联网所需的高速网络与智能程度，5G网络的高速率、大带宽和低延时能够更好地为工业互联网的发展助力。化工板块是集团的三大主业之一，同时也是一个技术含量高、危险性高的行业，每年占用安全培训和检维修成本都非常高，5G的出现给行业带来了转机。我们根据前期测试和规划，在某一化工厂和运营商合作部署了地面5G网络，对合成、气化等高危区域进行了5G网络覆盖，并在现场安装了部分带5G功能的工业摄像机和大量的设备传感器，并通过无人机对这些区域进行巡检，同时，我们还开发了基于5G的AR/VR人员培训系统。如图1所示，日常的设备运行状况都通过5G网络的高带宽低延时实时地显示在监控中心，当现场出现问题时，对于比较明显的故障，工业监控就能及时反馈并告警通知，需要现场处理时，维修人员只需带着AR装备，就可与后台技术支持人员通过5G网络的大带宽低延时远程指导与辅助操作应用，可通过实时的视频、语音、标记、冻结图像等对现场工艺、装置、故障处理等进行图文动态操作指导，远程分析原因并快速解决问题，解决了传统工业网络无法解决的问题，减少质量问题发生的同时也提升了危险区域安全性，基于5G的AR/VR人员培训效果也远好于书本学习，提高人员素养的同时也降低企业的成本。

3.2  网络切片技术对工业互联网的影响

基于NFV的网络切片技术在工业应用过程中也能比较明显地体现5G技术带来的强大效果，可以让工业生产企业在统一的基础设施上分离出多个虚拟的端到端网络，以适应现场不同生产类型的应用，该技术在打破传统的网络设备功能之后为软件定义机器的技术应用留下了更加积极的效果，为日后网络设备虚拟化和程序化做出了较好的铺垫，促进整体构架的业务水平自由的变化并降低了网络硬件的成本。煤炭开采是集团的支柱产业，是一个完全封闭的危险性极高的环境，生产主要在井下，随着国家对企业安全性要求的不断提高，减人提效成为必然，现场人员越少肯定越安全，但如何在有限的投资范围内解决这一问题一直困扰着煤炭人。煤矿的生产环节主要是采煤、掘进、机电、运输、通风、排水等六大生产系统和监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络井下安全避险六大系统，这些系统关系着煤矿的正常运转，目前基本实现了自动化和信息化，正在往智能化方向演进。这些系统既独立运行又相互影响，尤其生产系统环环相扣，对网络的实时性要求都非常高，传统网络无法同时满足各系统的不同需求，受限于井下条件，我们不可能为每一个系统单独建立一套网络，智能化的脚步只能放慢。伴随着5G技术的成熟和应用愈加广泛，网络切片技术结合现有井下工业互联网的应用为煤炭生产的高效运转带来可能，在新建的一套5G专网上，我们根据各系统的不同要求通过切片技术将5G传输网络切片，保障各系统所需的网络单独成网、互不影响的同时还能保障足够的带宽和低延时，将现场各系统采集到的各种数据、视频等通过5G网络及时高效传输到地面后台分析、处理和应用，保障了各系统的独立可靠运转，极大提高了煤矿企业生产效率，为煤矿向少人化、无人化方向的发展奠定了一定基础。

3.3  边缘计算对工业互联网的影响

基于5G的移动边缘计算（MEC）技术在工业互联网应用中也有着较为突出的影响，MEC是一种在移动网络边缘实现云计算和IT服务环境的新型网络架构，通过将第三方应用以及部分核心业务处理的功能部署到靠近用户侧的网络边缘，提供低时延、高带宽的网络环境，能满足时延敏感业务的用户需求。在企业生产过程中，工业互联网和各种智能传感器都在广泛应用，人工智能开始深入生产的每个角落。如图2所示，煤矿井下辅助运输系统、采煤系统等都实现了智能化和少人化管理，辅助运输系统主要是管理井下的车辆和单轨吊等辅助运输设备，并为工作人员及时提供井下现场状况供其更好地指挥调度，采煤新系统也是将采煤机和工作面的各种参数就近传输给支架等配套系统等，保障采煤工作的有序开展，但这些系统都受限于传统的网络结构和性能，都只能将数据传输到地面服务器分析、处理，然后将策略和结论通过工业以太网再下发到前端系统，现场人员再根据要求具体操作，效率太低，系统效能发挥不出来。基于5G的MEC技术很好地弥补了这一环节，它推动云计算与移动网络高效融合，结合我们研发的矿用服务器，通过5G专网，将系统服务器直接部署到井下工作现场，就近处理问题，系统的可靠性和效率得到了极大提高。据相关机构测算，通过边缘计算，可在无线接入网络与现有服务器之间的回程线路上节省近三分之一的带宽和降低一半的网络延迟，这样就能极大地解决现有工业网络延时等瓶颈问题，真正实现无人化，提高了现场生产效率，促进工业互联网的高效应用。

4  结  论

根据以上的分析可以看出，将5G技术和工业互联网巧妙地结合在一起之后能够使工业互联网的应用效果提升一个档次，立足5G和工业互联网发展阶段和关键技术，深入研究“5G+工业互联网”融合发展将会成为下一阶段各工业企业的工作重点。5G系统万物互联中工业互联网将会成为其重要应用场景之一，在全面地了解了5G技术的优势和工业互联网的合理应用之后能够为工业互联网的应用发展做出更好的铺垫，也能促进5G技术更快更好的发展。

参考文献：

[1] 黄显强.探析当前5G技术的发展现状及挑战 [J].网络安全技术与应用，2017（3）：98-99.

[2] 易辉.5G技术应用浅谈 [J].信息通信，2017（5）：204-205.

[3] 张海.5G技术的研究现状及前景分析 [J].通讯世界，2016（11）：64.

[4] 俞一帆，任春明，阮磊峰，等.5G移动边缘计算 [M].北京：人民邮电出版社，2017.

作者简介：吴成方（1981—），男，汉族，湖北监利人，工程师，本科，主要研究方向：企业信息化建设和自动化通信技术等。